專利名稱：一種纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及燒蝕熱防護(hù)材料技術(shù)，特別涉及以橡膠為基體的燒蝕熱防護(hù)材料技術(shù)。
背景技術(shù)：
耐燒蝕材料是指在熱流作用下，材料本身發(fā)生分解、熔化、蒸發(fā)、升華等多種吸熱的物理化學(xué)變化，借材料自身質(zhì)量消耗帶走大量熱量或形成致密防護(hù)層，從而阻止熱傳導(dǎo)到材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中造成損害的材料，柔性燒蝕材料是以橡膠類彈性體為基體添加耐燒蝕填料制得。柔性燒蝕材料的使用條件通常為超高溫(可達(dá)3000°C 4000°C)燃?xì)鉀_刷，同時(shí)燃?xì)庵锌赡芎胁煌耆紵念w粒，因而材料需具備一定的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)柔性燒蝕材料開(kāi)展了廣泛的研究，并且取得了很多成果。查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，關(guān)于柔性燒蝕材料的研究，復(fù)合體系的基體主要是丁腈橡膠、三元乙丙橡膠、硅橡膠或者它們的共混體系。張崇耿等于2008年在《固體火箭技術(shù)》第31卷第6期上發(fā)表名為“芳綸纖維和丁腈橡膠體系絕熱層新配方的研制”的文章，文中采用含鹵-銻的阻燃劑和芳綸纖維制備丁腈橡膠絕熱層材料，材料的線燒蝕率可達(dá)O. 051mm/s,力學(xué)性能優(yōu)良。Gao Guoxin 等于 2010 年在《Polymer Bulletin》第 64 卷上發(fā)表名為 “An excellentablative composite based in PBO reinforced EPDM” 的文章,將 PBO 作為熱絕緣材料用于增強(qiáng)EPDM，制備的EPDM復(fù)合材料的線燒蝕率可達(dá)O. 10mm/s,力學(xué)性能有所下降。由于三元乙丙橡膠是非極性橡膠，與金屬的粘結(jié)性能差，使用時(shí)容易發(fā)生脫落；硅橡膠的強(qiáng)度低，容易發(fā)生破壞；丁腈橡膠的耐老化性差，貯存壽命短，增加裝備的維修和維護(hù)成本。氫化丁腈橡膠(HNBR)是丁腈橡膠加氫后的產(chǎn)物，保持丁腈橡膠較好的粘結(jié)性和力學(xué)性能的同時(shí)，大大提高了其耐高溫性和耐老化性能，極大延長(zhǎng)了材料的貯存壽命，是耐燒蝕材料的理想基體材料。目前，添加聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺(芳綸)短纖維或漿柏或者聚對(duì)亞苯基苯并雙惡唑(PBO)短纖維的氫化丁腈耐燒蝕橡膠未見(jiàn)報(bào)道。橡膠基體本身無(wú)法滿足超高溫超高壓短時(shí)間工作條件，必須借助各種耐燒蝕纖維等填料以提供材料的耐燒蝕、抗沖刷性能。新型高效耐燒蝕填料的使用使橡膠基體降解緩慢，但同時(shí)會(huì)明顯降低材料的力學(xué)性能，使材料的扯斷伸長(zhǎng)率顯著降低。通過(guò)對(duì)有機(jī)纖維、納米無(wú)機(jī)填料、阻燃劑等研究，提高氫化丁腈橡膠材料耐燒蝕性能及綜合性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐燒蝕性優(yōu)異，并且具備彈性體材料必備的力學(xué)強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率的氫化丁腈橡膠體系。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，采用有機(jī)納米蒙脫土在高溫短時(shí)作用下生成無(wú)機(jī)炭層，提供預(yù)期的強(qiáng)度和硬度及耐高溫氣流沖刷性能；采用耐高溫性好的PBO纖維和芳綸纖維，超高溫短時(shí)沖刷下橡膠基體及某些填料發(fā)生炭化，未分解的纖維結(jié)構(gòu)起到鉚固炭層的作用，提高材料抵抗燒蝕沖刷的能力；通過(guò)填料組分優(yōu)化設(shè)計(jì)，使材料具有優(yōu)異的耐燒蝕性能和較好的力學(xué)性能。本發(fā)明涉及的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，至少含有下列組分，以質(zhì)量份計(jì) HNBR 100 份
爐法炭黑10 30份
阻燃劑0 30份
耐熱纖維2 20份
納米蒙脫土5 30份
納米碳化娃0^20份
爐法炭黑為高耐磨爐黑或快壓出爐黑中的一種或他們的混合體系；耐熱纖維為PBO纖維、芳綸纖維中的一種或他們的混合體系；阻燃劑為磷酸硼或三聚氰胺中的一種或者二者的混合體系。本發(fā)明涉及的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，至少含有下列組分，以質(zhì)量份計(jì) HNBR 100 份
爐法炭黑10 30份
阻燃劑10 30份
耐熱纖維Γ10份
納米蒙脫土5 25份
納米碳化娃5"! 5份
本發(fā)明涉及的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，至少含有下列組分，以質(zhì)量份計(jì)
HNBR100 份
爐法炭黑10 25份
阻燃劑0 20份
耐熱纖維2 14份
納米蒙脫土10 25份
納米碳化娃(Tl5份
本發(fā)明涉及的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，PBO纖維與芳綸纖維混合體系中PBO纖維的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為16. 7% 75%。本發(fā)明涉及的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，耐燒蝕性能優(yōu)異，力學(xué)性能良好。該材料適用于要求耐高溫?zé)g的柔性熱防護(hù)領(lǐng)域，特別適用于瞬時(shí)(5iTl5S) 2700°C 3500°C的高溫密封的燒蝕熱防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明涉及的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠及制備工藝做進(jìn)一步說(shuō)明，但不作為對(duì)發(fā)明內(nèi)容的限制。實(shí)施例中不做特別說(shuō)明的均為質(zhì)量份。實(shí)施例一 將30份HNBR溶解在丙酮中制得HNBR膠乳，將10份芳綸和5份PBO短纖維加入HNBR膠乳中浸潰均勻，晾干得到浸膠纖維；
將70份HNBR塑煉，加入10份快壓出爐黑N550、5份DOS混煉均勻；加入5份氧化鋅和I份硬脂酸混煉，薄通均勻；加入處理過(guò)的浸膠纖維混煉，薄通均勻；加入20份納米蒙脫土和5份納米碳化硅混煉，薄通均勻；最后加入I份三烯丙基異三聚氰酸酯(TAIC)和3份2，5-二甲基-2，5-雙(過(guò)氧化叔丁基)己烷(DBPH)，混煉，薄通均勻，下片，在170°C，25min條件下硫化，得到本發(fā)明涉及的耐燒蝕橡膠。拉伸強(qiáng)度為8. 9MPa，扯斷伸長(zhǎng)率為95%，線燒蝕率為O. llmm/s。實(shí)施例二
將100份HNBR塑煉，加入15份高耐磨爐黑N330、8份DBP混煉均勻；加入5份氧化鋅和I份硬脂酸混煉，薄通均勻；加入3份PBO纖維和4份芳綸纖維混煉，薄通均勻；加入5份磷酸硼和22份納米蒙脫土混煉，薄通均勻；最后加入I份N，N'-間苯撐雙馬來(lái)酰亞胺(HVA-2)和6份過(guò)氧化二異丙苯(DCP)，混煉，薄通均勻，下片，在165°C，IOmin條件下硫化，得到本發(fā)明涉及的耐燒蝕橡膠。拉伸強(qiáng)度為11. 7MPa，扯斷伸長(zhǎng)率為235%，線燒蝕率為O. 23mm/s。實(shí)施例三
HNBR為100份，高耐磨爐黑N330 :15份，快壓出爐黑N550 :10份，增塑劑TCP :28份，磷酸硼10份，三聚氰胺15份，PBO纖維2份，納米蒙脫土 30份，納米碳化硅15份，促進(jìn)劑TAIC 3份，硫化劑DBPH 8份。制備方法同實(shí)施例一，在170°C，20min條件下硫化，得到本發(fā)明涉及的耐燒蝕橡膠。拉伸強(qiáng)度為14. 7MPa，扯斷伸長(zhǎng)率為356%，線燒蝕率為O. 18mm/s。實(shí)施例四
HNBR為100份，高耐磨爐黑N330 30份，增塑劑AWl :22份，三聚氰胺15份，PBO纖維7份，芳綸纖維7份，納米蒙脫土 8份，納米碳化硅20份，促進(jìn)劑TAIC 2份，硫化劑DCP 4份。制備方法同實(shí)施例二，在165°C，15min條件下硫化，得到本發(fā)明涉及的耐燒蝕橡膠。拉伸強(qiáng)度為13. 4MPa，扯斷伸長(zhǎng)率為205%，線燒蝕率為O. 096mm/s。實(shí)施例五
HNBR為100份，高耐磨爐黑N330 27份，增塑劑DOS 30份，磷酸硼5份，三聚氰胺5份，芳綸纖維20份，納米蒙脫土 5份，納米碳化硅12份，促進(jìn)劑TAIC :2份，硫化劑DBPH 6份。制備方法同實(shí)施例二，在170°C，20min條件下硫化，得到本發(fā)明涉及的耐燒蝕橡膠。拉伸強(qiáng)度為13. 8MPa，扯斷伸長(zhǎng)率為313%，線燒蝕率為O. 13mm/s。實(shí)施例六
HNBR為100份，快壓出爐黑N550 20份，增塑劑DBP :15份，磷酸硼12份，PBO纖維6份，芳綸纖維3份，納米蒙脫土 25份，納米碳化硅10份，促進(jìn)劑TAIC 2份，硫化劑DBPH 4份。制備方法同實(shí)施例一，在170°C，20min條件下硫化，得到本發(fā)明涉及的耐燒蝕橡膠。拉伸強(qiáng)度為12. 7MPa，扯斷伸長(zhǎng)率為205%，線燒蝕率為O. 037mm/s。實(shí)施例七
HNBR為100份，快壓出爐黑N550 23份，增塑劑TCP 25份，磷酸硼15份，三聚氰胺15份，PBO纖維6份，芳綸纖維2份，納米蒙脫土 10份，納米碳化硅18份，促進(jìn)劑TAIC 2份，硫化劑DBPH 4份。制備方法同實(shí)施例一，在170°C，20min條件下硫化，得到本發(fā)明涉、及的耐燒蝕橡膠。拉伸強(qiáng)度為12. 2MPa，扯斷伸長(zhǎng)率為426%，線燒蝕率為O. 043mm/s。
實(shí)施例八
HNBR為100份，快壓出爐黑N550 18份，增塑劑DBP 12份，磷酸硼10份，三聚氰胺10份，PBO纖維2份，芳綸纖維10份，納米蒙脫土 15份，納米碳化硅8份，促進(jìn)劑TAIC 2份，硫化劑DCP 8份。制備方法同實(shí)施例二，在165°C，15min條件下硫化，得到本發(fā)明涉及的耐燒蝕橡膠。
拉伸強(qiáng)度為11. 3MPa，扯斷伸長(zhǎng)率為288%，線燒蝕率為O. 052mm/s。
權(quán)利要求
1.一種纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，至少含有下列組分，以質(zhì)量份計(jì)HNBR100 份爐法炭黑10 30份阻燃劑0 30份耐熱纖維2 20份納米蒙脫土5 30份 納米碳化娃0 20份； 其中，爐法炭黑為高耐磨爐黑或快壓出爐黑中的一種或他們的混合體系；耐熱纖維為PBO纖維、芳綸纖維中的一種或他們的混合體系；阻燃劑為磷酸硼或三聚氰胺中的一種或者~■者的混合體系。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，至少含有下列組分，以質(zhì)量份計(jì)HNBR100 份爐法炭黑10 30份阻燃劑10 30份耐熱纖維4 10份納米蒙脫土5 25份 納米碳化娃5 15份。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，至少含有下列組分，以質(zhì)量份計(jì)HNBR100 份爐法炭黑10 25份阻燃劑0 20份耐熱纖維2 14份 納米蒙脫土10 25份 納米碳化娃(T15份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的任一纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，PBO纖維與芳綸纖維混合體系中PBO纖維的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為16. 79^75%。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及燒蝕熱防護(hù)材料技術(shù)，特別涉及以橡膠為基體的燒蝕熱防護(hù)材料技術(shù)。該纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，以氫化丁腈為基體，功能助劑包括爐法炭黑、阻燃劑、耐熱纖維、納米蒙脫土、納米碳化硅等。本發(fā)明涉及的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，耐燒蝕性能優(yōu)異，力學(xué)性能良好。該材料適用于要求耐高溫?zé)g的柔性熱防護(hù)領(lǐng)域，特別適用于瞬時(shí)(5s~15s)2700℃~3500℃的高溫密封的燒蝕熱防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C08K13/02GK102634092SQ20121010806
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者周義, 崔俞, 龐明磊, 張志剛, 張斌, 張春梅, 杜華太, 杜明欣, 鄒德廣 申請(qǐng)人:中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所